660MW发电机保护原理与应用设计Word文档下载推荐.docx

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2.比率差动保护的动作方程（判据）如下：

式中：

——差动电流；

——制动电流；

——差动电流起动定值；

——发电机额定电流；

——发电机机端和中性点电流；

——比率差动制动系数；

——比率差动制动系数增量；

——起始比率差动斜率，一般可取0.1；

——最大比率差动斜率，一般可取0.7；

——最大比率制动系数时的制动电流倍数，固定取6。

差动电流起动定值（最小动作电流）可按躲过正常发电机额定负荷时的最大不平衡电流整定，即：

Krel——可靠系数,一般可取1.5-2.0；

Ker——电流互感器综合误差,取0.1；

——装置通道调整误差引起的不平衡电流系数，一般取0.02；

由上式可知，当取Krel=2.0时，Icdqd0.24Ie。

工程计算中，一般可取Icdqd（0.2-0.3）Ie，对正常工作时回路不平衡电流较大的情况，应查明原因。

3.灵敏度计算。

按上述原则整定的比率制动特性，当发电机机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定满足不小于2.0的要求，不必进行灵敏度校验。

4.差动速断动作电流。

为防止区内严重故障时由于TA饱和导致比率差动保护延缓动作,当任一相差动电流大于差动速断定值时瞬时动作于出口继电器，此定值按躲过机组非同期合闸产生的最大不平衡电流整定。

对于大型机组，一般取3-5Ie，建议取4Ie。

5.出口方式

动作于停机。

三、发电机差动各侧电流的折算

发电机差动所用电流为发电机机端电流及发电机中性点电流，两侧电流TA变比可能不一至，所以在差动运算前，要对各侧电流进行折算，折算到同一变比，电流的折算方法是采用标么值。

标么值定义：

电流的实际值和基准值的比值，一般选取各侧的额定电流做为基准电流。

对于发电机两侧额定电流的计算公式如下：

1.发电机机端侧：

2.发电机中性点侧：

——发电机视在功率；

　　　——发电机额定有功功率；

　　　——发电机额定功率因数；

　　　——发电机机端额定线电压；

　　　——发电机机端侧TA变比；

——发电机中性点侧TA变比。

四、保护动作简要分析

1.电流参考方向：

规定由发电机机端流向中性点为正，如图1.2所示。

图1.2电流参考方向

2.区内故障

如图1.3所示，机端侧短路电流I1由机端流向中性点，为正值。

中性点侧电流I2由中性点流向机端，为负值，由差动电流和制动电流公式可以看出：

图1.3区内故障时电流方向

此时差流很大而制动电流很小，差动方程很容易满足，差动保护动作。

3.区外故障

如图1.4所示，机端侧短路电流I1由机端流向中性点，为正值。

中性点侧电流I2也是由机端流向中性点，为正值，并且两个电流大小相等，由差动电流和制动电流公式可以看出：

图1.4区外故障时电流方向

此时差流为0而制动电流很大，差动方程不满足，差动保护不动作。

故障点有问题，中性点直接接地该保护无法反应。

第二节发电机匝间保护

一、装设匝间保护的必要性

因发电机定子绕组同槽上下层线棒同相的比例可能较大，由于定子线棒变形、震动而使绝缘受到机械磨损；

污染腐蚀、长期受热老化使匝间绝缘逐步劣化；

使发电机存在发生匝间短路的可能，因此发变组保护中要求配置发电机匝间保护，动作于停机。

二、横差保护的原理及整定

当发电机每相绕组为两分支或多分支时，在中性点处如果三相最后构成两个中性点，在这两个中性点的连线上装有一个TA，反应该TA二次电流的保护就称作单元件的横差保护，即零序电流型横差保护。

当正常运行和绕组的外部发生短路时，各个分支电势相同。

两个中性点等电位，两中性点连线上的电流为零，或者说仅为不平衡电流，保护不会动作。

当某相上的某一分支发生匝间短路时、绕组间发生相间短路时、当某一分支绕组开焊时，两中性点出现电位差，使两中性点连线上出现电流。

所以该横差保护可以反应定子绕组同一分支的匝间短路、同相不同分支间短路、不同相分支相间短路和分支开焊故障。

图2.1TA为发电机零序电流型横差保护所用的电流互感器（删TA外的互感器图标）

零序电流型横差保护高定值段：

接于发电机中性点连线的互感器用于零序电流型横差保护。

动作电流按躲过发电机外部不对称短路故障或发电机转子偏心产生的最大不平衡电流整定，其表达式为：

——中性点连线上的TA变比。

零序电流横差保护低定值段：

低定值段具有防外部短路时误动的技术措施，动作电流只需躲过正常运行时最大不平衡电流可初设：

。

根据实测值进行校正，，可靠系数一般取1.52.0。

零序电流型横差保护不设动作延时，但当励磁回路一点接地后，为防止励磁回路发生瞬时性第二点接地故障使横差保护误动，应切换为带0.5S-1.0S延时动作于停机。

三、纵向零序电压保护原理及整定

1.保护原理

当发电机无法分别引出双星形的中性点时，就无法采用原理比较成熟的单元件高灵敏横差保护，当发生上述匝间短路或开焊故障时，会出现纵向零序电压，目前采用较多的是动作量取自机端专用电压互感器（该电压互感器的中性点与发电机中性点相连但不接地）开口三角绕组纵向零序电压，当其值大于整定值时保护动作。

图2.2纵向零序过电压保护原理

在正常运行、外部短路时：

开口三角输出电压为：

所以纵向零序过电压保护不会误动作。

发电机定子绕组发生单相接地短路时，例如图2.2中C相绕组发生单相接地短路时，由于C相机端对N点的电压不变，，所以纵向零序电压仍为零。

因此该保护不能保护定子接地短路。

需要指出，此时机端对地是会出现零序电压的，但本保护不反应机端对地的零序电压。

如果发电机定子绕组发生匝间短路。

例如A相某一分支绕组发生匝间短路，如图2.2所示。

短路匝数占总匝数的百分数a。

此时A相机端对N点电压由于部分匝数被短接故：

而B、C相机端对N点电压不变，电压为：

、。

故开口三角输出电压为：

纵向零序过电压保护可以动作，所以该保护可保护同分支的匝间短路。

同理在同相不同分支绕组间短路时和在绕组内的相间短路时都会造成各相机端对中性点的电压幅值发生变化，从而会出现纵向（机端对中性点）零序电压。

所以纵向零序过电压保护也可以保护这些故障类型。

2.在此处输入导则第8页，4.1.7a-f条内容。

第三节发电机相间后备保护

一、发电机相间后备保护的作用

发电机相间后备保护主要用作发电机外部相间短路及内部故障时的后备保护。

发电机外部故障时，流过发电机的稳态短路电流不大，有时甚至接近发电机的额定负荷电流，所以发电机的过电流保护一般采用低电压启动或复合电压启动。

其电流取自发电机中性点或机端的电流互感器，电压取自机端电压互感器的相间电压，在发电机并网前发生故障时，保护装置也能动作。

在发电机发生过负荷时，过电流元件可能动作，但因这时低电压元件不动作，保护被闭锁。

二、发电机的后备保护方式

发电机的后备保护主要有低阻抗保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护等。

1、低电压启动的过电流保护。

发电机低压启动的过流保护的电流继电器，

接在发电机中性点侧三相星形连接的电流互感器上，电压继电器接在发电机出口端电压互感器的相间电压上，在发电机投入前发生故障时，保护也能动作。

低电压元件的作用在于区别是过负荷还是由于故障引起的过电流。

2、复合电压启动的过电流保护。

复合电压启动是指负序电压和单元件相间电压共同启动过电流保护。

在变压器高压侧母线不对称短路时，电压元件的灵敏度与变压器绕组的接线方式无关，有较高的灵敏度。

三、发电机复合电压过流保护的整定

下面以最为常用的发电机负荷电压过流保护为例，介绍整定方法。

此处输入导则第8-9页4.2条款

第四节发电机定子接地保护

一、发电机定子接地的危害

当发电机定子绕组与铁芯间的绝缘损坏将引起定子绕组的单相接地短路。

如果发电机的中性点是绝缘不接地的，此时接地点的接地电流是发电机电压系统的电容电流。

该电流较大时非但会烧伤定子绕组的绝缘还会烧损铁芯，甚至会将多层铁芯叠片烧接在一起在故障点形成涡流，使铁芯进一步加速熔化导致铁芯严重损伤。

为确保发电机的安全，不应使发电机的单相接地短路发展成相间短路或匝间短路，因此应该使单相接地故障处不产生电弧或者使接地电弧瞬间熄灭。

这个不产生电弧的最大接地电流被定义为发电机单相接地的安全电流，该电流与发电机的额定电压有关。

当单相接地电流小于安全电流时，定子接地保护动作后只发信号而不跳闸。

调度人员应转移负荷、平稳停机，以免再发生一点接地形成很大的短路电流而烧坏发电机。

当单相接地电流大于安全电流时，定子接地保护应动作于跳闸。

二、零序电压定子接地保护原理介绍及整定

1.原理介绍

在图4.1中F点的A相绕组发生接地短路。

F点到中性点的匝数占该相绕组总匝数的百分比为a。

图4.1发电机定子单相接地短路接线图

此时机端T点各相的对地（对A相的F点）电压为：

所以机端T点对地的零序电压为：

零序电压值随短路点位置a的变化而变化的关系如图4.2所示。

在机端单相接地时零序电压最大，在中性点处接地时零序电压为零。

图4.2在不同a处发生单相接地时的3UO

基波零序电压保护范围为发电机85～95％的定子绕组单相接地,在中性点N附近发生接地故障，保护有死区。

2.整定计算

基波零序电压保护一般设两段定值，一段为低定值段，另一段为高定值段。

2.1低定值段基波零序电压保护的动作电压U0.op应按躲过正常运行时的最大不平衡基波零序电压U0.max整定，即：

U0.op=KrelU0.max

Krel——可靠系数，取1.2-1.3；

U0.max——机端或中性点实测不平衡基波零序电压，实测之前，可初设为5%-10%U0n，U0n为机端单相金属性接地时中性点或机端的零序电压（二次值）。

应校核系统高压侧接地短路时，通过主变高、低压绕组间的相耦合电容CM传递到发电机侧的零序电压大小Ug0，Ug0可能引起基波零序过电压保护误动作。

因此，定子单相接地保护动作电压整定值与延时应与系统接地保护配合，可分为三种情况：

a.动作电压若已躲过主变高压侧耦合到机端的零序电压，在可能的情况下，延时应尽量取短，可取0.3S-1.0S；

b.具有主变高压